楊培東, 王月佳, 戴義博, 鄒曉芳

(1.招商新智科技有限公司, 北京 100070;2.北京工業(yè)大學交通工程重點實驗室, 北京 100124)

0 引言

截止到2021年末,全國公路橋梁約96萬座、7 000萬延米,橋梁數(shù)量的迅速增加為交通出行提供了便利,但同時也對橋梁安全風險防控提出了更高的要求. 橋梁路段作為高風險路段類型之一,其運營安全[1-4]和結構安全[5-8]之間會相互作用,進而影響橋梁交通正常運行,甚至產(chǎn)生更為廣泛的社會性后果. 因此,亟需從運營安全與結構安全兩方面出發(fā),開展市場調研、文獻梳理,面向不同類型橋梁深度辨識關鍵風險要素,進而針對性提出橋梁道路安全風險的靶向管控與治理方案. 為此,需要梳理我國現(xiàn)有典型高風險橋梁特征,總結橋梁交通安全風險普遍影響因素并基于特定典型橋梁甄別重要風險源,分析目前橋梁運營管控過程存在的問題并了解當下主流的道路交通安全主動防控技術及其對橋梁路段的適用性,最終打造典型場景,形成標準化橋梁風險管控解決方案.

在橋梁運營期間不僅有橋梁本身結構方面風險還有橋梁運行方面的動態(tài)風險[9-11],橋梁路段的高風險性,特別是在其他風險因素的疊加下,橋梁各方面的運營風險更加突出. 當獨柱墩橋橋梁與超載二者風險疊加會導致橋梁傾覆;霧天與車輛未保持安全距離極易引發(fā)交通事故;霧天與車速離散二者風險因素的疊加易造成以追尾碰撞為主的交通事故;橋梁有環(huán)形隧道或是橋隧組合疊加大流量時極易造成交通擁堵或是交通事故;?；奋囕v與車輛未保持安全車距二者風險因素疊加易發(fā)生交通事故;?；奋囕v與車輛超速二者風險因素疊加易發(fā)生交通事故;疲勞駕駛疊加超速風險因素易發(fā)生交通事故;橋墩防撞設施不完善疊加船舶撞擊時會導致橋墩倒塌.

1 基于扎根理論的橋梁風險要素及防控策略提取

1.1 扎根理論概述

扎根理論(Grounded Theory)是指在經(jīng)驗資料的基礎上建立理論,從實際觀察入手,從原始資料中歸納出經(jīng)驗概括,然后上升到理論[12]. 扎根理論的研究方法源于格拉斯(Glaser)和施特勞斯(Strauss)2人20世紀60年代在一所醫(yī)院里對醫(yī)務人員處理即將去世病人的一項實地觀察研究. 將該理論介紹到我國的學者是徐宗國,按徐宗國的理解,扎根理論可被界定為“是1種研究的方法,或者說是1種質的研究風格”.

經(jīng)過當今學者不斷研究,扎根理論的方法論主要有3種,也就是扎根理論的三大流派：Glaser和Strauss的經(jīng)典扎根理論(Original Version)、Strauss和Corbin的程序化扎根理論(Proceduralised Version)、Charmaz的構建型扎根理論(The Constructivist’s Approach to Grounded Theory)[13].

1)經(jīng)典扎根理論：Glaser最初提出的原始版本,編碼過程分為實質性編碼和理論性編碼.

2)程序化扎根理論：程序化扎根理論是現(xiàn)在應用最多的1種,編碼過程分為開放式編碼、主軸式編碼和選擇式編碼.

3)建構型扎根理論：強調研究者對資料提問的能力,并與被研究者互動,對其行為意義進行解釋.

扎根理論的研究流程如圖1所示.

圖1 扎根理論研究流程

1.2 基于扎根理論的訪談問卷設計

根據(jù)扎根理論操作程序結合本課題橋梁風險研究得出本課題扎根理論研究流程,如圖2所示.

基于扎根理論流程本著目的明確、邏輯清晰、通俗易懂、便于處理、題量適中的原則,考慮到橋梁類型、動靜態(tài)風險因素、典型風險事件、靶向防控措施等方面設計訪談問卷. 訪談問卷共設計出7個問題,在每個問題中都會給專家一定提示,提示信息與課題前期查閱資料相關聯(lián),旨在通過與受訪者的正式交談來獲取信息,便于對具體問題或經(jīng)驗的深入探究. 以下列舉專家訪談問卷的主要問題：

Q1：在橋梁運營期間,典型的結構風險因素(隱患)有哪些?(如纜索銹蝕、混凝土徐變)

Q2：在橋梁運營期間,典型的運行風險因素(隱患)有哪些?(如惡劣天氣、車輛超載)

Q3：以上風險因素(隱患)有哪些與橋梁所屬類型(如跨江橋、斜拉橋、鋼筋混凝土橋)密切相關?

Q4：橋梁在運營期間可能發(fā)生的典型風險事件有哪些?

Q5：以上橋梁風險事件往往是如何發(fā)生的?(單個風險因素影響還是多種風險因素疊加影響?)

Q6：目前針對橋梁運營風險的防控措施有哪些?(防控措施是什么?防控措施針對的風險源或風險事件是什么?防控措施需要用到什么設施或設備?)

Q7：據(jù)您所知,目前針對橋梁的運營風險及防控是否有已成文的標準或相關資料可借鑒?如果是,有哪些?

1.3 面向多元群體的訪談對象選擇

在訪談對象的選擇過程中,本研究面向高校學者、運營管理人員及工程養(yǎng)護人員等多元群體,其中4位來自某橋梁隧道研究中心,2位來自某公路設計院,2位來自高校,2位來自某養(yǎng)護部門,2位來自市政路橋公司,12位訪談專家畢業(yè)院校有西南交通大學、北京工業(yè)大學以及同濟大學,專家來自不同畢業(yè)院校不同工作單位,使本課題專家訪談人員多元化,訪談結果會更全面.

1.4 橋梁風險要素及防控策略提取匯總

整理專家訪談問卷反饋情況將12位專家對問卷問題的回復進行匯總,梳理前5個有關橋梁風險問題的反饋內(nèi)容,提取每道題答案內(nèi)容的出現(xiàn)頻次.

對于問題1,橋梁運營期間典型的靜態(tài)風險因素專家訪談結果統(tǒng)計情況見圖3,由圖3看出專家對橋梁繩索問題的提及次數(shù)最高,疲勞和銹蝕也占較高比例,專家對于混凝土炭化、混凝土銹脹、橋梁長大下坡、不良地質風險因素提及次數(shù)不是很高,但此統(tǒng)計結果受專家在訪談過程中側重點不同而有所偏移,提及次數(shù)少并不代表此風險因素在實際橋梁運營期發(fā)生頻率低.

圖3 針對問題1專家訪談結果統(tǒng)計

對于問題2,橋梁運營期間典型的動態(tài)風險因素專家訪談結果統(tǒng)計情況如圖4所示,由圖4看出專家對動態(tài)風險因素關注度最高的是風因素,超載和船舶撞擊的關注度較高,對于河道挖沙、地下工程穿越也有所提及.

圖4 針對問題2專家訪談結果統(tǒng)計

針對問題3,風險因素與橋梁所屬類型的相關性專家訪談結果情況進行統(tǒng)計繪制柱狀圖如圖5所示,可看出對于跨江、跨海橋主要風險因素為船舶撞擊,對于斜拉橋、懸索橋主要風險因素有纜索風險和風致風險,鋼筋腐蝕風險主要是鋼橋風險因素,獨柱墩橋主要風險因素是橋梁傾覆,預應力類橋梁主要風險因素是預應力的損失. 具體不同類別橋梁相關風險如圖5所示.

圖5 針對問題3專家訪談結果統(tǒng)計

針對問題4,橋梁在運營期間可能發(fā)生的典型風險事件對專家訪談結果進行統(tǒng)計,專家對橋梁傾覆和橋梁坍塌的關注度最高,其次是不均勻沉降、橋面斷裂和涉及爆炸火災類的交通事故,對繩索斷裂、危化品腐蝕、地震損毀以及結構落梁提及次數(shù)較低,但并不代表此類風險事件現(xiàn)實狀態(tài)下發(fā)生頻率低,具體統(tǒng)計柱狀圖如圖6所示.

圖6 針對問題4專家訪談結果統(tǒng)計

針對問題5,橋梁風險事件往往是由單個風險因素影響還是多種風險因素疊加影響發(fā)生的對專家進行訪談,12位專家一致認為橋梁風險事故一般為多因素疊加形成的,但也有受單個因素影響造成橋梁風險事件的情況,具體統(tǒng)計餅狀圖如圖7所示.

圖7 針對問題5專家訪談結果統(tǒng)計

對于后2個問題有關橋梁運營風險的防控措施和橋梁運營風險及防控可借鑒的相關標準或資料的訪談結果個體差異性較大,不適合用表格的方式展現(xiàn),因此對后2個問題專家訪談反饋情況進行描述匯總.

根據(jù)專家普遍反饋情況,可將橋梁防控大體分為運營管理和風險防控2個方面.

1)運營管理

在風險防控管理方面應秉承合理設計、嚴格建設質量、科學運營管理、及時養(yǎng)護維修原則,作為橋梁管養(yǎng)單位要制定風險管理和隱患排查工作制度,編制風險辨識手冊,為了掌握橋梁的內(nèi)在狀況,必須從建橋做起,橋梁養(yǎng)護管理部門必須參加到橋梁方案審查和初步設計審查工作中. 目的有2個：①為了解設計概貌;②堅持方案和設計中必須考慮到便于養(yǎng)護的問題,管理部門可建立橋梁養(yǎng)護技術檔案,此檔案屬養(yǎng)護臺帳性檔案,按照維護、小修、大中修分類分別列入檔案,同時按各類養(yǎng)護措施反映出養(yǎng)護技術特點、投資期、用工數(shù)、作業(yè)年月,依此作為各個時間的經(jīng)濟技術分析資料之一. 堅持有計劃、有步驟進行橋梁承載力測試,掌握橋梁承載力數(shù)據(jù).

2)風險防控

對于結構風險依靠定期檢測和日常巡視,在對結構風險辨識分析的基礎上,結合橋梁結構特點,制定風險防控措施. 如橋梁運行監(jiān)控、橋梁健康檔案管理、落實安全風險評估. 監(jiān)測分為外部監(jiān)測和內(nèi)部監(jiān)測,外部監(jiān)測主要是應用圖像識別,根據(jù)橋梁監(jiān)測的圖像信息監(jiān)測橋梁外部設施完好程度以及橋面交通運行狀況等;內(nèi)部監(jiān)測主要利用超聲波監(jiān)測器等儀器對橋梁內(nèi)部進行監(jiān)測,主要查看橋面內(nèi)部以及箱梁內(nèi)部相關風險.

大型橋梁一般都具有健康監(jiān)測系統(tǒng),對橋梁信息進行實時監(jiān)測,對于量大面廣類橋梁不適宜安裝健康監(jiān)測系統(tǒng)橋梁,要對橋梁可進行定期監(jiān)測,定期做橋梁實驗,規(guī)避風險隱患,以及一些日常監(jiān)測,查看橋梁日常狀態(tài). 對于突發(fā)偶然風險,如車輛撞橋增加提示和防護設施,臨近橋梁穿越做好工前檢測評估和專項保護方案,橋下火災加強巡視和監(jiān)控,消除火災隱患.

防災減災措施(抗震措施、抗風措施、性能提升措施等),每一類措施有其相應的防范對象,如地震落梁事件、地震下橋梁垮塌事件、洪災下橋墩沖刷事件、風災下拉吊索振動事件等. 可通過監(jiān)控設施、助航標志、照明設施等對災情進行提前防范. 氣動控制措施,通常安裝在斷面外部,修正斷面,通過附加裝置如導流板、抑流板,改變橋梁斷面;機械控制措施,通常安裝在箱梁內(nèi)部,會用到TMD(調諧質量阻尼器,),一般用于跨徑較小的橋梁,普遍認可的 1種機械控制措施.

對于防控設備方面,安裝軟隔離防撞措施水馬,沿著檢修道或者護欄布設,增設橋墩防撞緩存裝置、增加防船撞預警系統(tǒng)、提高橋梁抗傾覆能力等技術措施,安裝除濕機用于主纜、箱梁除濕,避免腐蝕對橋梁的危害,也可用鋅塊來防腐蝕也稱為犧牲陽極保護措施. 設計養(yǎng)護前期進行一些干預、材料先進、預防性養(yǎng)護(如針對混凝土碳化,加防腐涂料);設置交通標志牌限制車輛超高超重;增加放落梁設施防止結構落梁;改造獨柱墩;涂裝防火腐/水物質.

專家在訪談中提到的標準規(guī)范整理見表1.

表1 專家訪談橋梁標準規(guī)范匯總

2 橋梁典型場景動靜態(tài)風險靶向防控策略

基于扎根理論開展線上與線下相結合的專家深度訪談,據(jù)此充分借鑒行業(yè)經(jīng)驗,提取橋梁風險因素及防控策略,構建橋梁典型場景,并通過文獻資料以及行業(yè)專家意見梳理總結出存在于橋梁本體各結構部件及所處環(huán)境中或有明顯規(guī)律可循的風險因素為靜態(tài)風險,橋梁本體各結構部件之外的無明顯規(guī)律可循但卻會加劇橋梁結構損壞或導致交通事故的風險因素為動態(tài)因素,并梳理出橋梁動靜態(tài)風險總體防控策略.

2.1 橋梁典型場景動靜態(tài)風險

據(jù)橋梁風險文獻資料以及專家訪談意見反饋情況將風險事件按照發(fā)生概率分為低中高3個等級,對風險事件的分級主要依據(jù)是文獻查詢梳理過程中文獻提及情況、參考專家訪談過程中專家經(jīng)驗意見以及相關橋梁新聞報道情況. 3種等級風險因素耦合形成風險事件,對風險事件的分級情況主要依據(jù)是當2個相同等級風險因素耦合時風險事件取風險因素同等級;當2個相鄰等級風險因素耦合時風險事件取風險因素二者中的較高等級,將風險事件取較高等級更好地對其進行研究,不會出現(xiàn)紕漏;當最低等級與最高等級風險因素耦合時風險事件取中等等級. 具體風險因素耦合形成風險事件等級情況.

G低×G低=L低

(1)

G低×G中=L中

(2)

G低×G高=L中

(3)

G中×G中=L中

(4)

G中×G高=L高

(5)

G高×G高=L高

(6)

式中,G為風險因素等級;L為耦合形成的風險事件等級.

匯總不僅考慮動態(tài)風險和靜態(tài)風險疊加形成風險事件,還考慮靜態(tài)風險與靜態(tài)風險疊加以及動態(tài)風險間相互疊加形成風險事件. 最終基于橋梁風險文獻資料以及專家訪談意見反饋情況提取出8種橋梁典型場景,匯總情況見表2.

表2 橋梁典型場景動靜態(tài)風險

2.2 橋梁動靜態(tài)風險靶向防控策略

對橋梁最為典型且發(fā)生概率較高的風險事件,同時考慮其動靜態(tài)風險致因,從運營管理、主動防控2方面提出風險防控措施. 運營管理部分主要涉及事件后及時處置,包括從事件發(fā)生到最終完成處置的全鏈路響應流程;主動防控部分主要涉及事件前主動預防,旨在降低安全風險,減小事件或事故發(fā)生率,主要包括防控精度、信息采集、傳統(tǒng)交通安全設施與新型ITS設備的融合、布設及發(fā)布內(nèi)容設計等模塊,最終形成橋梁動靜態(tài)風險靶向式防控策略,如圖8所示.

圖8 總體防控思路

3 結論

基于扎根理論開展線上與線下相結合的專家深度訪談,據(jù)此充分借鑒行業(yè)經(jīng)驗,提取橋梁風險因素及防控策略,更多地從工程實踐與應用的角度為后續(xù)橋梁動靜態(tài)風險辨識及靶向防控措施的提出奠定基礎. 針對橋梁最為典型且發(fā)生概率較高的風險事件,同時考慮其動靜態(tài)風險致因,以差異化、多模態(tài)防控為思路,從運營管理與主動防控兩方面提出風險防控措施,并構建橋梁風險防控策略庫,便于防控措施的選取與應用,有助于提升橋梁整體交通運行安全水平.